车内可吸入颗粒物热运动分析

论文摘要

车内乘员的可吸入颗粒物吸入水平是道路环境空气污染状况,空调过滤器过滤性能和空调系统运行状况的综合反映。本文通过试验研究了道路环境的颗粒物分布特点,以国产A0级轿车为研究对象,研究了汽车空调过滤器针对道路环境可吸入颗粒物的技术性能,根据WHO颗粒物空气质量准则和道路环境颗粒物的分布状况,建立了车内环境可吸入颗粒物质量评价方法。指出道路环境可吸入颗粒分布具有显著的粒径分散性,比城市一般环境具有更高质量浓度,目前使用的过滤器不能有效控制车内可吸入颗粒物含量,存在容尘量低,空气阻力大,过滤效率低等问题。通过试验验证Eulerian-Lagrange方法的随机轨道颗粒模型可以模拟车内颗粒物气-固多相流运动。借助CFD方法分析空气流场、温度场对车内环境可吸入颗粒物热运动的作用,研究了空调工况、气流组织、送风量、过滤器效率等条件变化对颗粒物分布的影响,提出以颗粒物有效浓度作为评价参数,分析车内环境可吸入颗粒物的分布状况。根据模拟结果指出,在通常的道路环境下,单纯增加空调送风量,改变空调工况和气流组织不能有效降低车内环境可吸入颗粒物的有效浓度,最有效途径是改进过滤器性能,提高可吸入颗粒物过滤效率。本文为优化车内空调设计提供了理论依据。

论文目录

• 提要
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 车内环境研究历史
• 1.2.2 可吸入颗粒物健康效应
• 1.2.3 大气颗粒物浓度
• 1.2.4 汽车空调过滤器研究
• 1.2.5 空气中颗粒气-固多相流运动规律
• 1.2.6 轿车内流场、温度场研究
• 1.3 研究方法
• 1.4 本文研究工作
• 第2章 车内可吸入颗粒物性质与运动规律
• 2.1 车内可吸入颗粒物基本性质
• 2.1.1 粒径和粒度分布
• 2.1.2 颗粒组成和表面性质
• 2.1.3 颗粒物量化指标
• 2.2 车内可吸入颗粒物运动
• 2.2.1 气-固多相流动受力分析
• 2.2.2 车内气-固多相流运动分析
• 2.3 车内颗粒物分布评价参数
• 2.3.1 均匀混合状态下车内颗粒物浓度分析
• 2.3.2 不均匀分布评价参数
• 2.4 空气过滤机理分析
• 2.4.1 单一纤维捕集微粒机理
• 2.4.2 过滤器性能影响因素
• 2.4.3 影响纤维过滤器性能因素分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 试验与分析
• 3.1 试验用车
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 道路环境颗粒物试验
• 3.2.2 过滤器性能试验
• 3.2.3 车内流场、温度场、浓度场试验
• 3.2.4 车内生物粒子测试
• 3.3 试验仪器性能
• 3.4 道路环境空气试验结果与分析
• 3.4.1 试验过程
• 3.4.2 试验结果与分析
• 3.4.3 车内环境可吸入颗粒物质量评价方法
• 3.5 过滤器性能试验
• 3.5.1 试验过程
• 3.5.2 试验结果
• 3.5.3 试验分析
• 3.5.4 存在问题和改进建议
• 3.6 车内环境颗粒物试验
• 3.6.1 试验过程
• 3.6.2 试验结果与分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 可吸入颗粒物运动数值模拟方法
• 4.1 车内可吸入颗粒物多相流数值模拟难点
• 4.2 车内空气可吸入颗粒物模拟关键问题
• 4.3 数值模拟方法
• 4.3.1 数值模拟方法分类
• 4.3.2 气-固多相流数值模拟方法
• 4.4 物理模型描述
• 4.5 基本控制方程组
• 4.5.1 空气相方程组
• 4.5.2 弥散相小滑移模型（Mixture Model）控制方程组
• 4.5.3 颗粒相随机轨道模型的控制方程组
• 4.6 控制方程组的离散和求解
• 4.6.1 离散方法
• 4.6.2 计算区域网格
• 4.6.3 控制方程组的求解
• 4.7 计算边界条件处理
• 4.7.1 进、出口边界条件
• 4.7.2 固体壁面边界条件
• 4.7.3 车内热源
• 4.7.4 颗粒物边界条件
• 4.8 多相流动模型选择与验证
• 4.8.1 模拟结果与分析
• 4.8.2 模拟与实验结果对比
• 4.9 本章小结
• 第5章 数值模拟与分析
• 5.1 模拟边界条件
• 5.1.1 温度边界条件
• 5.1.2 风速入口边界条件
• 5.1.3 颗粒物入口边界条件
• 5.2 流场、温度场作用下颗粒物运动分析
• 5.2.1 流场分析
• 5.2.2 温度场分析
• 5.2.3 可吸入颗粒物运动分析
• 5.3 可吸入颗粒物分布分析
• 5.3.1 分析断面设计
• 5.3.2 空调工况和气流组织对可吸入颗粒物分布的影响
• 5.3.3 送风量变化对可吸入颗粒物分布的影响
• 5.3.4 过滤器效率变化对可吸入颗粒物分布的影响
• 5.4 空调系统控制车内可吸入颗粒物能力
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 研究结论
• 6.2 本文创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT